一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了属于燃料电池技术领域的一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极及其制备方法。所述膜电极构型的结构依次为：阳极气体扩散层、阳极微孔层、阳极颗粒堆叠型催化剂层、阳极离聚物层、质子交换膜、阴极纤维排布型催化剂层、阴极微孔层和阴极气体扩散层；阳极微孔层包括阳极排水微孔层和阳极保水微孔层。其中，阳极保水微孔层的成分中不含有铂纳米颗粒，阳极颗粒堆叠型催化剂层的成分中含有铂纳米颗粒；其他成分、结构相同。本发明专利技术燃料电池膜电极结构中阳极采用颗粒堆叠型催化剂层、阴极采用纤维排布型催化剂层，在降低制备工艺难度的同时，提高贵金属铂的利用率，降低膜电极整体的铂用量。体的铂用量。体的铂用量。

【技术实现步骤摘要】
membrane,CCM)技术。
[0005]综上，针对上述三种催化剂层结构，颗粒堆叠型催化剂层普遍存在贵金属铂利用率较低，催化剂层中铂用量大，难以满足燃料电池汽车大规模商业化要求的问题；柱状阵列型催化剂层普遍存在水管理难度大，容易发生水淹现象的问题；纤维排布型催化剂层普遍存在机械强度低于颗粒堆叠型催化剂层，组装膜电极过程中易被损坏、难以批量生产的问题；此外，纤维排布型催化剂层还普遍存在对外部增湿条件变化过于敏感，在低增湿工况下性能衰减较大的问题。
[0006]针对GDE技术与CCM技术而言，GDE技术与CCM技术相比，存在质子传导阻抗较大的问题；而CCM技术与GDE技术相比，存在水、反应气等物质多相传质阻力更大的问题。另外，若在膜电极的阴、阳两极均使用CCM技术，则还面临需要在一张质子交换膜薄膜的两侧均匀、平整、对齐的覆盖阴、阳两极的催化剂层的问题，增大了工艺难度。尤其是当催化剂层的机械强度不足时，若在阴、阳两极均采用CCM技术，则会显著增大催化剂层在制备过程中被损坏的风险。
[0007]综合现有技术中的上述问题，亟待提供一种能实现批量生产、且在低铂载量的条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极，其特征在于，所述膜电极构型的结构依次为：阳极气体扩散层、阳极微孔层、阳极颗粒堆叠型催化剂层、阳极离聚物层、质子交换膜、阴极纤维排布型催化剂层、阴极微孔层和阴极气体扩散层；所述阳极微孔层包括设置在近阳极气体扩散层的阳极排水微孔层，以及设置在近阳极颗粒堆叠型催化剂层的阳极保水微孔层；将阳极颗粒堆叠型催化剂层制备于阳极保水微孔层表面，在质子交换膜表面制备阴极纤维排布型催化剂层。2.根据权利要求1所述一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极，其特征在于，所述阳极保水微孔层的成分中不含有铂纳米颗粒，阳极颗粒堆叠型催化剂层的成分中含有铂纳米颗粒；阳极保水微孔层与阳极颗粒堆叠型催化剂层其他成分、结构相同。3.根据权利要求1所述一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极，其特征在于，阳极排水微孔层中的碳载量不低于0.5mg/cm2，且不高于2mg/cm2；阳极保水微孔层中的碳载量不低于0.1mg/cm2，且不高于1mg/cm2；阳极颗粒堆叠型催化剂层中的铂载量不低于0.02mg/cm2，且不高于0.2mg/cm2；阴极纤维排布型催化剂层中的铂载量不低于0.05mg/cm2，且不高于0.5mg/cm2；阳极离聚物层的厚度不低于0.1微米，且不高于2微米。4.根据权利要求1所述一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极，其特征在于，所述阳极颗粒堆叠型催化剂层、阴极纤维排布型催化剂层和阴极微孔层的每一层结构为均匀的单层结构或者不超过3层的多层结构。5.一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括四个部分，分别为阳极制备、阴极催化剂层制备、阴极微孔层与气体扩散层准备、膜电极组装；其中阳极制备、阴极催化剂层制备、阴极微孔层与气体扩散层准备能实现同时进行，最后进行膜电极组装部分。6.根据权利要求5所述一种低铂载量、批量生产的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述阳极制备过程为：1)分别制备阳极排水微孔层浆料，阳极保水微孔层浆料和阳极催化剂层浆料；阳极排水微...

【专利技术属性】
技术研发人员：高帷韬，王诚，雷一杰，殷屺男，
申请(专利权)人：清氢北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：